JP6525733B2 - Fixing member and manufacturing method thereof, fixing device and electrophotographic image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真画像形成装置に用いられる定着部材およびその製造方法に関する。また、本発明は、定着装置および電子写真画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing member used in an electrophotographic image forming apparatus and a method of manufacturing the same. The present invention also relates to a fixing device and an electrophotographic image forming apparatus.
一般に、複写機やレーザープリンタ等の電子写真方式に用いられる加熱定着装置では、少なくとも一方が加熱された一対のローラ、フィルムとローラ、ベルトとローラ、ベルトとベルト、といった回転体同士が圧接されている。 Generally, in a heating and fixing apparatus used for electrophotography such as copying machines and laser printers, rotating members such as a pair of rollers at least one of which is heated, a film and a roller, a belt and a roller, and a belt and a belt are pressed against each other There is.
そして、未定着状態のトナーによって形成される画像を保持した被記録材(紙など)が、この回転体間に形成された圧接部位(定着ニップ)に導入される。このとき、加熱された回転体は被記録材を加熱して該トナーを溶融し、被記録材に当該画像を定着させる。 Then, a recording material (paper or the like) holding an image formed by the toner in the unfixed state is introduced into a pressure contact portion (fixing nip) formed between the rotating members. At this time, the heated rotating body heats the recording material to melt the toner and fix the image on the recording material.
被記録材上に保持された未定着状態のトナー画像が接する回転体は定着部材と称され、その形態に応じて定着ローラ、定着フィルム、定着ベルトなどと呼称される。 A rotating member in contact with an unfixed toner image held on a recording material is referred to as a fixing member, and is referred to as a fixing roller, a fixing film, a fixing belt or the like according to the form.
電子写真画像形成装置のカラー化及び高画質化に伴って、定着ニップ部においては多色のトナーを包み込んで溶融・混色する必要がある。そのため、基材と、該基材上に設けられたシリコーンゴム等を含む弾性層と、フッ素樹脂等を含む離型性に優れた離型層とがこの順に積層されてなる構成を有する定着部材が用いられている。 Along with colorization and high image quality of the electrophotographic image forming apparatus, it is necessary to wrap and fuse and mix color toner in the fixing nip portion. Therefore, a fixing member having a structure in which a base material, an elastic layer containing silicone rubber and the like provided on the base material, and a release layer excellent in releasability containing a fluorine resin and the like are laminated in this order. Is used.
ところで、このような構成を有する定着部材に対しては、従来から高い熱伝導率が求められている。かかる要求に対して、特許文献1は、金属または樹脂で形成された基体と、該基体上に形成された弾性層と、該弾性層上に形成された離型層とを有し、該弾性層中にカーボンファイバーを含有させてなる定着ベルトを開示している。また、特許文献2は、チューブ状の基材、該基材の外周側に設けられた弾性層及び該弾性層の外周側に設けられた表層を有し、該弾性層に所定量の充填剤及びカーボンナノチューブを含有させてなる定着用ベルトを開示している。
By the way, for the fixing member having such a configuration, a high thermal conductivity is conventionally required. In order to meet such requirements,
本発明は、カーボンナノチューブを含み、また、十分な弾性を有する硬化シリコーンゴムを含む弾性層が基材上に設けられており、かつ、基材と弾性層とが十分な接着性を有する定着部材及びその製造方法の提供に向けたものである。
また、本発明は、高品位な電子写真画像の安定的な形成に資する定着装置および電子写真画像形成装置の提供に向けたものである。
The present invention is a fixing member comprising a carbon nanotube and an elastic layer comprising a cured silicone rubber having sufficient elasticity, provided on a substrate, and wherein the substrate and the elastic layer have sufficient adhesion. And it aims at provision of the manufacturing method.
The present invention is also directed to the provision of a fixing device and an electrophotographic image forming apparatus which contribute to stable formation of a high quality electrophotographic image.
本発明によれば、基材、該基材上に設けられた硬化シリコーンゴムを含む弾性層及び表層を有する電子写真用の定着部材であって、
該弾性層は、カーボンナノチューブを更に含み、
該弾性層の50℃での弾性率をE50と該弾性層の200℃での弾性率をE200としたとき、E200/E50が、0.5以上1.0未満であり、
弾性層と該基材とのはく離接着強さが、3.0N/cm以上20.0N/cm以下であり、且つ、該弾性層は、該基材からのはく離試験において凝集破壊するものである定着部材が提供される。
According to the present invention, a fixing member for electrophotography comprising a substrate, an elastic layer comprising a cured silicone rubber provided on the substrate, and a surface layer,
The elastic layer further comprises carbon nanotubes,
When the elastic modulus at 50 ° C. of the elastic layer is E50 and the elastic modulus at 200 ° C. of the elastic layer is E200, E200 / E50 is 0.5 or more and less than 1.0,
The peel adhesion strength between the elastic layer and the substrate is 3.0 N / cm or more and 20.0 N / cm or less, and the elastic layer has cohesive failure in the peeling test from the substrate. A fixing member is provided.
また、本発明によれば、上記の定着部材の製造方法であって、基材上に形成した付加硬化型シリコーン混合物の層を硬化させる工程を有し、
該付加硬化型シリコーン混合物が、ケイ素原子に結合した不飽和脂肪族基を側鎖に有する第1のシリコーン化合物と、ケイ素原子に結合した水素原子を有する第2のシリコーン化合物と、ケイ素原子に結合した不飽和脂肪族基を末端に有する第3のシリコーン化合物と、カーボンナノチューブと、を含むものである定着部材の製造方法が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a fixing member as described above, comprising the step of curing a layer of an addition-curable silicone mixture formed on a substrate,
The addition-curable silicone mixture comprises a first silicone compound having an unsaturated aliphatic group bonded to a silicon atom in a side chain, a second silicone compound having a hydrogen atom bonded to a silicon atom, and a silicon atom bonded thereto. There is provided a method for producing a fixing member, which comprises the above-described third silicone compound having an unsaturated aliphatic group at its end, and a carbon nanotube.
また、本発明によれば、記録媒体上に形成された未定着トナー画像を記録媒体上に定着する定着装置であって、上記の定着部材と、該定着部材に対向して配置され、該定着部材と定着ニップを形成する加圧部材と、を具備している定着装置が提供される。 Further, according to the present invention, there is provided a fixing device for fixing an unfixed toner image formed on a recording medium onto a recording medium, wherein the fixing member is arranged to face the fixing member and the fixing member. A fixing device is provided which comprises a member and a pressure member forming a fixing nip.
さらに、本発明によれば、電子写真感光体、該電子写真感光体の表面を帯電させる帯電装置、該電子写真感光体に静電潜像を形成する露光手段、中間転写体、および上記の定着装置を具備している電子写真画像形成装置が提供される。 Further, according to the present invention, an electrophotographic photosensitive member, a charging device for charging the surface of the electrophotographic photosensitive member, an exposure unit for forming an electrostatic latent image on the electrophotographic photosensitive member, an intermediate transfer member, and the above fixing An electrophotographic imaging apparatus comprising the apparatus is provided.
本発明者らは、弾性層を、カーボンナノチューブを含有させた液状の付加硬化型シリコーン混合物を硬化させて形成することについて検討を行った。なお、液状の付加硬化型シリコーン混合物は、通常、ケイ素原子に結合している不飽和脂肪族基を分子内に有している第1のシリコーン化合物と、ケイ素原子に結合している水素原子を分子内に有する第2のシリコーン化合物とを基本的な成分として含む。そして、第1のシリコーン化合物の不飽和脂肪族基と、第2のシリコーン化合物のヒドロシリル基とを反応させ、硬化させることでシリコーンゴムが得られるものである。 The present inventors examined forming an elastic layer by curing a liquid addition-curable silicone mixture containing carbon nanotubes. The liquid addition-curable silicone mixture generally comprises a first silicone compound having an unsaturated aliphatic group bonded to a silicon atom in the molecule, and a hydrogen atom bonded to the silicon atom. And a second silicone compound contained in the molecule as a basic component. Then, the unsaturated aliphatic group of the first silicone compound and the hydrosilyl group of the second silicone compound are reacted and cured to obtain a silicone rubber.
そして、上記の検討の結果、カーボンナノチューブを含有させてなる液状の付加硬化型シリコーン混合物は、カーボンナノチューブを含有させたことにより、粘度が上昇し、均一な膜厚の弾性層の形成に支障を来す場合があることを見出した。 Then, as a result of the above examination, the liquid addition-curable silicone mixture containing carbon nanotubes has a viscosity increased by containing carbon nanotubes, which hinders the formation of an elastic layer having a uniform film thickness. I found that I might come.
そこで、本発明者らは、カーボンナノチューブの添加に伴う粘度上昇を抑制するべく、第1のシリコーン化合物の分子量を低下させることを検討した。この場合において、第1のシリコーン化合物の分子量を低下させることは、硬化後のシリコーンゴムの弾性を相対的に低下させることとなる。これに対し、本発明者らは、第1のシリコーン化合物として、低分子量のものを使用するに際して、硬化後のシリコーンゴム中の架橋構造を十分に発達させるために、不飽和脂肪族基が側鎖に導入されたものを用いることを試みた。側鎖に導入された不飽和脂肪族基をヒドロシリル基と反応させることで、硬化シリコーンゴムの架橋密度を向上させ、弾性層の弾性を維持しようとしたものである。その結果、弾性層の弾性は十分に維持されていたものの、基材と弾性層との接着が不十分となり、基材と弾性層との界面ではく離が生じてしまう場合があるという、新たな課題を見出すに至った。 Therefore, the present inventors examined reducing the molecular weight of the first silicone compound in order to suppress the increase in viscosity accompanying the addition of carbon nanotubes. In this case, lowering the molecular weight of the first silicone compound relatively reduces the elasticity of the silicone rubber after curing. On the other hand, when using a low molecular weight one as the first silicone compound, the inventors of the present invention have the unsaturated aliphatic group at the side in order to sufficiently develop the crosslinked structure in the silicone rubber after curing. It tried to use what was introduced in the chain. By reacting the unsaturated aliphatic group introduced into the side chain with the hydrosilyl group, the crosslinking density of the cured silicone rubber is improved to maintain the elasticity of the elastic layer. As a result, although the elasticity of the elastic layer is sufficiently maintained, adhesion between the base and the elastic layer is insufficient, and peeling may occur at the interface between the base and the elastic layer. We came to find an issue.
かかる新規な課題に対して本発明者らが検討を重ねた結果、カーボンナノチューブを含み、十分な弾性を有する硬化シリコーンゴムを含む弾性層が基材上に設けられており、かつ、基材と弾性層とが十分な接着性を有する定着部材を得るに至った。 As a result of investigations by the present inventors for the novel subject, as a result, an elastic layer containing a carbon nanotube and a cured silicone rubber having sufficient elasticity is provided on a substrate, and It came to obtain a fixing member having sufficient adhesiveness with the elastic layer.
本発明に係る定着部材は、基材、該基材上に設けられた硬化シリコーンゴムを含む弾性層及び表層を有し、該弾性層は、カーボンナノチューブを更に含んでいる。
そして、該弾性層の50℃での弾性率をE50、該弾性層の200℃での弾性率をE200としたとき、E200/E50が、0.5以上1.0未満であり、
該弾性層と基材とのはく離接着強さが、3.0N/cm以上20.0N/cm以下であり、且つ、該弾性層は、該基材からのはく離試験において凝集破壊するものである。
The fixing member according to the present invention has a substrate, an elastic layer including a cured silicone rubber provided on the substrate, and a surface layer, and the elastic layer further includes carbon nanotubes.
When the elastic modulus at 50 ° C. of the elastic layer is E50 and the elastic modulus at 200 ° C. of the elastic layer is E200, E200 / E50 is 0.5 or more and less than 1.0,
The peel adhesion strength between the elastic layer and the substrate is 3.0 N / cm or more and 20.0 N / cm or less, and the elastic layer has cohesive failure in the peeling test from the substrate. .
ここで、弾性層の50℃での弾性率E50は、定着部材が相対的に低温な環境におかれた場合を想定しており、ばらつきを含みにくく安定的に測定可能な温度における値である。また、200℃での弾性率E200は、定着部材が電子写真画像形成装置内での熱定着に実際に使用されるときに、シリコーンゴムの分解等に伴う劣化が起こらないとされる最大温度として用いた際の値である。このそれぞれの温度での弾性率の比であるE200/E50は、定着装置の待機状態、所謂スタンバイ状態から実使用温度環境に定着部材が温度変化した際の弾性率の変化度合いを示している。この値が1.0に近いほど、定着部材の実使用温度環境において、弾性層が温度に依存せず安定した弾性を示しているものということができる。言い換えれば、E200/E50の値は、弾性層中の硬化シリコーンゴムの架橋構造の相対的な発達の程度を示す指標ともいうことができる。従って、第1のシリコーン化合物として、側鎖に不飽和脂肪族基が多く導入されているものを用いた場合、架橋密度を発達させることができるため、E200/E50の値を、1.0に近づける方向に調整することが可能である。 Here, the elastic modulus E50 at 50 ° C. of the elastic layer assumes a case where the fixing member is placed in a relatively low temperature environment, and is a value at a temperature that is less likely to include variations and can be measured stably. . Further, the elastic modulus E200 at 200 ° C. is a maximum temperature at which deterioration due to decomposition or the like of the silicone rubber does not occur when the fixing member is actually used for heat fixing in the electrophotographic image forming apparatus. It is the value at the time of use. E200 / E50, which is the elastic modulus ratio at each temperature, indicates the degree of change in elastic modulus when the temperature of the fixing member changes from the standby state of the fixing device, that is, the so-called standby state to the actual use temperature environment. As this value is closer to 1.0, it can be said that the elastic layer exhibits stable elasticity independently of temperature in the actual use temperature environment of the fixing member. In other words, the value of E200 / E50 can also be referred to as an index indicating the degree of relative development of the crosslinked structure of the cured silicone rubber in the elastic layer. Therefore, when the first silicone compound having a large amount of unsaturated aliphatic groups introduced in the side chain is used, the crosslink density can be developed, so the value of E200 / E50 is set to 1.0. It is possible to adjust in the direction of approaching.
また、温度25℃における、弾性層と基材との接着強度を、3.0N/cm以上20.0N/cm以下とすることで、定着部材を定着装置に装着し、加圧された状態で実使用に供した際に、十分な接着強度を有する定着部材とすることができる。 Further, by setting the adhesive strength between the elastic layer and the base material at a temperature of 25 ° C. to 3.0 N / cm or more and 20.0 N / cm or less, the fixing member is attached to the fixing device and in a pressurized state. When put to practical use, the fixing member can have sufficient adhesive strength.
本発明者らは、カーボンナノチューブを含む硬化シリコーンゴムを含む弾性層と基材との接着性が低下し、界面はく離を生じやすくなる理由について検討を重ね、以下のように推測した。
すなわち、該基材とその上に形成された硬化シリコーンゴムを含む弾性層とは、付加硬化型シリコーン混合物中の、第1のシリコーン化合物が有する不飽和脂肪族基が基材表面の官能基と反応することによって接着される。ここで、付加硬化型シリコーン混合物中の、ケイ素原子に結合した不飽和脂肪族基を有する第1のシリコーン化合物として、下記式1に例示される、不飽和脂肪族基を側鎖に導入したシリコーン化合物を用いた場合、分子内で多くの不飽和脂肪族基が近接しているため、この不飽和脂肪族基に対してカーボンナノチューブが相互作用し、基材との接着に関与可能な不飽和脂肪族基の量が減少してしまう。
That is, the base material and the elastic layer containing the cured silicone rubber formed thereon have the unsaturated aliphatic group possessed by the first silicone compound in the addition-curable silicone mixture as a functional group on the surface of the base material. It adheres by reacting. Here, as the first silicone compound having an unsaturated aliphatic group bonded to a silicon atom in the addition-curable silicone mixture, a silicone having an unsaturated aliphatic group introduced into a side chain, as exemplified by the following
上記の推定に基づき、本発明者らは、基材上に形成される、液状の付加硬化型シリコーン混合物の膜中に、カーボンナノチューブとの共存下でも基材との化学結合の形成に寄与する不飽和脂肪族基を存在させることについて検討を重ねた。その結果、下記式2で示される、2つ以上の不飽和脂肪族基がジメチルシロキサン鎖によって離間されているような第3のシリコーン化合物を、該付加硬化型シリコーン混合物中にさらに含有させることが有効であることを見出した。
上記式2で示される第3のシリコーン化合物を更に含む付加硬化型シリコーン混合物の層を基材上に形成し、硬化させることによって形成された硬化シリコーンゴムを含む弾性層は、基材との接着性に優れている。その結果として、弾性層と基材との接着強度が、3.0N/cm以上20.0N/cm以下であって、且つ、後述する条件によるはく離試験によったときに、弾性層が基材との界面ではく離せず、凝集破壊するものとなる。第3のシリコーン化合物を用いることで、接着強度を確保可能となることの作用機序については、未だ十分解明はできていないが、本発明者らは以下のように推測している。 An elastic layer containing a cured silicone rubber formed by forming a layer of an addition-curable silicone mixture further containing the third silicone compound represented by the above formula 2 on a substrate and curing the layer is adhered to the substrate It is excellent in sex. As a result, the adhesive strength between the elastic layer and the base material is 3.0 N / cm or more and 20.0 N / cm or less, and the elastic layer is the base material when it is determined by the peeling test under the conditions described later. It does not separate at the interface with it, resulting in cohesive failure. The mechanism of action that makes it possible to secure the adhesive strength by using the third silicone compound has not been sufficiently elucidated yet, but the present inventors speculate as follows.
即ち、付加硬化型シリコーン混合物のヒドロシリル化反応による硬化過程において、末端に不飽和脂肪族基を有する第3のシリコーン化合物は、分子中の不飽和脂肪族基の一方がカーボンナノチューブと相互作用し、基材との反応に寄与し得なくなった状態となっても、離れた位置に存在する他方の不飽和脂肪族基が、比較的自由に分子運動性を有し得るため、基材との化学結合を形成することができるものと考えられる。その結果として、基材と弾性層との間ではく離試験を行った際に、基材と弾性層との界面はく離(接着破壊)を呈さず、弾性層の凝集破壊が起こるレベルまで十分な接着強度を示すような定着部材を得られるものと考えられる。 That is, in the curing process of the addition-curable silicone mixture by the hydrosilylation reaction, the third silicone compound having an unsaturated aliphatic group at the end causes one of the unsaturated aliphatic groups in the molecule to interact with the carbon nanotube, Even when it becomes impossible to contribute to the reaction with the substrate, the other unsaturated aliphatic group present at a distant position can have relatively free molecular mobility, so the chemistry with the substrate can be avoided. It is believed that bonds can be formed. As a result, when a peel test is performed between the substrate and the elastic layer, the interface between the substrate and the elastic layer does not exhibit separation (adhesion failure), and adhesion is sufficient to a level at which cohesive failure of the elastic layer occurs. It is considered that a fixing member exhibiting strength can be obtained.
1.定着部材
次に、本発明に係る定着部材について以下に具体的な構成に基づき詳細に説明する。
1. Fixing Member Next, the fixing member according to the present invention will be described in detail based on the specific configuration.
本発明に係る定着部材は基材、弾性層及び表層を有する電子写真用の定着部材である。弾性層はベース材として硬化シリコーンゴムを含み、充填剤としてカーボンナノチューブを含有する。弾性層の50℃での弾性率E50と200℃での弾性率E200との比、E200/E50は0.5以上1.0未満である。弾性層と基材との温度25℃における接着強度は3.0N/cm以上20.0N/cm以下である。弾性層は、はく離試験時に凝集破壊することを特徴とする。 The fixing member according to the present invention is a fixing member for electrophotography having a substrate, an elastic layer and a surface layer. The elastic layer contains cured silicone rubber as a base material and contains carbon nanotubes as a filler. The ratio of the elastic modulus E50 at 50 ° C. of the elastic layer to the elastic modulus E200 at 200 ° C., E200 / E50, is 0.5 or more and less than 1.0. The adhesive strength between the elastic layer and the substrate at a temperature of 25 ° C. is 3.0 N / cm or more and 20.0 N / cm or less. The elastic layer is characterized by cohesive failure during the peel test.
(1)定着部材
図1A及び図1Bは、本発明に係る定着部材の一様態を示す概略断面模式図であり、1はベルト形態の定着部材(所謂、定着ベルト)、2はローラ形態の定着部材(所謂、定着ローラ)を示す。一般に、基材自体が変形することにより、定着ニップを形成して用いられる場合に定着ベルトと呼ばれ、基材自体はほとんど変形せず、弾性層の弾性変形で定着ニップを形成する場合に定着ローラと呼ばれる。
図1において、3は基材、4は基材3の周面を被覆している弾性層、5は弾性層4の周面と被覆している表層である。表層5は、弾性層4の周面に接着層(不図示)により固定されている場合がある。
(1) Fixing Member FIGS. 1A and 1B are schematic cross-sectional views showing an embodiment of the fixing member according to the present invention, wherein 1 is a fixing member in the form of a belt (so-called fixing belt) and 2 is a fixing in the form of a roller. 2 shows a member (so-called fixing roller). Generally, the substrate itself is deformed, and when it is used to form a fixing nip, it is called a fixing belt, and the substrate itself is hardly deformed, and when the fixing nip is formed by elastic deformation of an elastic layer It is called a roller.
In FIG. 1, 3 is a base material, 4 is an elastic layer covering the peripheral surface of the
(2)基材
基材3の材質としては、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、ニッケルなどの金属や合金、ポリイミドなどの耐熱性樹脂が用いられる。
(2) Base Material As a material of the
定着部材がローラ形状である場合、基材3には、芯金が用いられる。芯金の材質としては、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属や合金が挙げられる。このとき芯金の内部が中空状であっても定着装置での加圧に耐える強度を有していればよい。また、中空状の場合には内部に熱源を設けることも可能となる。
When the fixing member has a roller shape, a core metal is used for the
定着部材が、ベルト形状を有する場合には、基材3としては、例えば電鋳ニッケルスリーブやステンレススリーブ、ポリイミドなどからなる耐熱樹脂ベルト等が挙げられる。内面には耐磨耗性や断熱性などの機能を付与するための層(不図示)が更に設けられることがある。
When the fixing member has a belt shape, examples of the
基材3の外面には弾性層4との接着性等の機能を付与するために表面処理が施される場合がある。表面処理には、ブラスト・ラップ・研磨などの物理的処理や、酸化処理・カップリング剤処理・プライマー処理などの化学的処理があり、これらを複合的に用いる場合もある。
The outer surface of the
特に弾性層4としてシリコーンゴムを用いる場合には、表面処理としてプライマー処理が一般的に用いられる。ここで用いられるプライマーは、有機溶剤中に、シランカップリング剤、シリコーン化合物、水素化メチルシロキサン、アルコキシシラン、加水分解・縮合・付加などの反応促進触媒、ベンガラ等の着色剤、等が適宜配合分散された塗料形態のものである。これらは市販されているものである。このようなプライマーを基材3の表面(弾性層4との接着面)に塗布し、乾燥や焼成のプロセスを経てプライマー処理が施される。
In particular, when silicone rubber is used as the
プライマーは基材3の材質、弾性層4の種類や架橋時の反応形態などによって適宜選択可能である。例えば、弾性層4が不飽和脂肪族基を多く含む場合には、不飽和脂肪族基との反応により接着性を付与するため、プライマーとしてはヒドロシリル基を含有するものが好適に用いられる。また、弾性層4がヒドロシリル基を多く含む場合には、反対にプライマーとしては不飽和脂肪族基を含有するものが好適に用いられる。そのほかにもアルコキシ基を含有するものなど、被着体である基材3と弾性層4の種類に応じて適宜選択可能である。
The primer can be appropriately selected depending on the material of the
(3)弾性層
弾性層4は、定着時にトナーを過度に押しつぶさず、紙の繊維の凹凸に追従する弾性を定着部材に担持させる層として機能する。
(3) Elastic Layer The
かかる機能を発現させる上で、弾性層4には、ベース材としてシリコーンゴムが用いられ、中でも液状の付加硬化型シリコーン混合物を硬化させたものとすることが好ましい。これは、液状状態のものが多いため充填剤(フィラー)が分散させやすく、後述するフィラーの種類や添加量に応じて、その架橋度を調整することで、弾性を調整することができるからである。
In order to develop such a function, silicone rubber is used as the base material for the
付加硬化型シリコーン混合物としては、硬化反応時に架橋点として機能する不飽和脂肪族基を有するシリコーン化合物(第1のシリコーン化合物)が、ベース材料として用いられる。
このベース材料に、ケイ素原子結合水素基(ヒドロシリル基)を分子中に複数個有するシリコーン化合物(第2のシリコーン化合物)、分子鎖の末端に不飽和脂肪族基を有するシリコーン化合物(第3のシリコーン化合物)および充填剤としてのカーボンナノチューブが配合される。
さらに、付加硬化型シリコーン混合物中でのヒドロシリル化反応を促進するための触媒、反応開始時間を制御するためのインヒビターと呼ばれる反応制御剤(阻害剤)などが配合されてもよい。
触媒としては、一般的に白金化合物やロジウム化合物などの公知の物質が用いられる。反応制御剤としては、メチルビニルテトラシロキサン、アセチレンアルコール類、シロキサン変性アセチレンアルコール、ハイドロパーオキサイド等、公知の物質が用いられる。
As the addition-curable silicone mixture, a silicone compound (first silicone compound) having an unsaturated aliphatic group which functions as a crosslinking point at the time of curing reaction is used as a base material.
In this base material, a silicone compound (second silicone compound) having a plurality of silicon atom-bonded hydrogen groups (hydrosilyl group) in the molecule, and a silicone compound (third silicone) having an unsaturated aliphatic group at the end of the molecular chain Compound) and carbon nanotubes as a filler are blended.
Furthermore, a catalyst for accelerating the hydrosilylation reaction in the addition-curable silicone mixture, a reaction control agent (inhibitor) called an inhibitor for controlling the reaction initiation time, or the like may be blended.
As the catalyst, generally known materials such as platinum compounds and rhodium compounds are used. As the reaction control agent, known substances such as methyl vinyl tetrasiloxane, acetylene alcohols, siloxane-modified acetylene alcohol, hydroperoxide and the like are used.
さらに、これらに加え、熱伝導性や耐熱性、補強性等を付与するために、カーボンナノチューブなどのフィラーと呼ばれる充填剤を混練・分散することでシリコーンゴム組成物が得られる。 Furthermore, in addition to these, a silicone rubber composition can be obtained by kneading and dispersing a filler called a filler such as a carbon nanotube in order to impart thermal conductivity, heat resistance, reinforcing property and the like.
このようにして得られたシリコーンゴム組成物を、金型成型法、ブレードコート法、ノズルコート法、リングコート法等の加工法によって、基材3の外周面に担持し、加熱等の方法により架橋反応を進行させることで、弾性層4を形成することが可能である。
The silicone rubber composition thus obtained is supported on the outer peripheral surface of the
弾性層4の厚さは定着部材の表面硬度への寄与、並びにニップ幅確保の観点から、適宜設計可能である。
定着部材がベルト形状を有する場合(以下、定着ベルト)、弾性層4の厚みの好ましい範囲は、100μm以上500μm以下、更に好ましくは200μm以上400μm以下である。これは、定着装置に組み込んだときに、基材3の変形によりニップ幅が確保できるためである。また、加熱定着装置においては、定着ベルトの内側にヒーターが配置される場合が多い。この場合、上記した厚み範囲の弾性層は、定着ベルトの裏面側から表面側への熱伝導を阻害し難い。
定着部材がローラ形状を有する際には、基材3が剛体であり、ニップ幅を弾性層4の変形で形成する必要がある。このため、弾性層4の厚みの好ましい範囲は、300μm以上10mm以下、更に好ましくは1mm以上5mm以下である。
基材3の外周面に形成された弾性層4と基材3との間の接着強度については後ほど詳述する。
The thickness of the
When the fixing member has a belt shape (hereinafter, fixing belt), the preferable range of the thickness of the
When the fixing member has a roller shape, the
The adhesive strength between the
(3−1)第1のシリコーン化合物(不飽和脂肪族基を有するシリコーン化合物)
先述したように、充填剤としてカーボンナノチューブを配合した場合には、その繊維状の形態に起因して、シリコーンゴム組成物の構造粘性が増加する。このため、シリコーンゴム組成物のベース材に用いる不飽和脂肪族基を有するシリコーン化合物としては、比較的粘度が低い、即ち分子量の小さいポリマーを用いることが肝要となる。シリコーン化合物は高分子化合物であるため、分子量を一意に特定することは難しいが、ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)によって測定される重量平均分子量(Mw)を用いることでその構成を確認することが可能である。具体的には、重量平均分子量が150,000以下のものが好ましく、更には70,000以下のものが好ましい。分子量がこれより大きいとシリコーンゴム組成物の構造粘性が非常に大きくなるため成形加工が著しく困難になる。
(3-1) First silicone compound (silicone compound having unsaturated aliphatic group)
As described above, when carbon nanotubes are compounded as a filler, the structural viscosity of the silicone rubber composition increases due to its fibrous form. For this reason, it is important to use a polymer having a relatively low viscosity, that is, a small molecular weight, as the silicone compound having an unsaturated aliphatic group used for the base material of the silicone rubber composition. Since silicone compounds are high molecular weight compounds, it is difficult to uniquely identify their molecular weight, but their constitution can be confirmed by using a weight average molecular weight (Mw) measured by gel permeation chromatography (GPC). It is. Specifically, those having a weight average molecular weight of 150,000 or less are preferable, and those having a weight average molecular weight of 70,000 or less are more preferable. If the molecular weight is larger than this, the structural viscosity of the silicone rubber composition becomes very high, and the molding process becomes extremely difficult.
このようなシリコーン化合物に導入される不飽和脂肪族基としては、下記の式3で示すように側鎖部分R2に導入されることで、一分子中に多数個導入することが可能となり、架橋剤シリコーン化合物と架橋反応させた際に、弾性層は温度変化の影響が小さく安定した弾性を呈する。
・式3 側鎖に不飽和脂肪族基を有するシリコーン化合物の構造式
-
式3中、R1はケイ素原子に結合した、不飽和脂肪族基を含まない1価の非置換又は置換炭化水素基を表す。具体例は、以下のものを含む。
・アルキル基(例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル等);
・アリール基(フェニル基等);
・置換炭化水素基(例えば、クロロメチル、3−クロロプロピル、3,3,3−トリフルオロプロピル、3−シアノプロピル、3−メトキシプロピル等)。
In
An alkyl group (eg, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl etc.);
An aryl group (such as a phenyl group);
-A substituted hydrocarbon group (for example, chloromethyl, 3-chloropropyl, 3,3,3-trifluoropropyl, 3-cyanopropyl, 3-methoxypropyl and the like).
特に、合成や取扱いが容易で、優れた耐熱性が得られることから、R1の50%以上がメチル基であることが好ましく、すべてのR1がメチル基であることが特に好ましい。 In particular, easy to synthesize and handling since excellent heat resistance can be obtained, it is preferable that 50% or more of R 1 is a methyl group, and particularly preferably all of R 1 is a methyl group.
また、R2はケイ素原子に結合した不飽和脂肪族基を表しており、ビニル基、アリル基、3−ブテニル基、4−ペンテニル基、5−ヘキセニル基が例示され、合成や取扱いが容易且つ安価で、架橋反応も容易に行われることから、ビニル基が好ましい。 Further, R 2 represents an unsaturated aliphatic group bonded to a silicon atom, and examples thereof include a vinyl group, an allyl group, a 3-butenyl group, a 4-pentenyl group and a 5-hexenyl group, which are easy to synthesize and handle. The vinyl group is preferred because it is inexpensive and the crosslinking reaction is easily carried out.
側鎖部分にビニル基を有するシリコーン化合物の存在は、核磁気共鳴装置(NMR)を用いた水素核測定(H−NMR)を行うことにより確認可能である。側鎖ビニル基に存在する3つの水素原子はそれぞれ非等価であるため、相互にスピンカップリングするため、帰属されるピークは低ケミカルシフト側から5.74、5.76、5.79、5.80、5.88、5.90、5.92、5.93、5.94、5.98、5.99、6.03ppmにそれぞれ分離されて検出される。このようなケミカルシフトに分離検出されるピークは、第1のシリコーン化合物の側鎖部分に導入されたビニル基特有のものである。 The presence of the silicone compound having a vinyl group in the side chain portion can be confirmed by performing hydrogen nucleus measurement (H-NMR) using a nuclear magnetic resonance apparatus (NMR). Since the three hydrogen atoms present in the side chain vinyl group are not equivalent to each other, they are spin-coupled to each other, so the assigned peaks are from the lower chemical shift side at 5.74, 5.76, 5.79,5 Separately detected at .80, 5.88, 5.90, 5.92, 5.93, 5.94, 5.98, 5.99, 6.03 ppm. The peaks separated and detected due to such chemical shifts are characteristic of vinyl groups introduced into the side chain portion of the first silicone compound.
(3−2)第2のシリコーン化合物
付加硬化型シリコーンゴムに配合されて用いられる架橋剤として機能する第2のシリコーン化合物としては、ケイ素原子結合水素基(ヒドロシリル基)を分子中に複数個有するシリコーン化合物を用いることができる。架橋剤シリコーン化合物としては主鎖構造としてケイ素原子と酸素原子とが結合するシロキサン構造を有しており、その分子骨格は、直鎖状、分枝状、環状のいずれでも差支えなく、これらの混合物を用いてもよい。下記の式5に直鎖状の架橋剤シリコーン化合物の例を、下記の式6に環状の架橋剤シリコーン化合物の例を示す。
式5及び式6中、R1は不飽和脂肪族基を有するシリコーン化合物の項で述べたR1と同様に、ケイ素原子に結合した、不飽和脂肪族基を含まない1価の非置換又は置換炭化水素基を表す。 In Formula 5 and Formula 6, R 1 is a monovalent unsubstituted or unsaturated aliphatic group-free or non-unsaturated aliphatic group bonded to a silicon atom, similar to R 1 described in the section on silicone compounds having an unsaturated aliphatic group. Represents a substituted hydrocarbon group.
特に、合成や取扱いが容易で、優れた耐熱性が得られることから、R1の50%以上がメチル基であることが好ましく、すべてのR1がメチル基であることが特に好ましい。 In particular, easy to synthesize and handling, since the excellent heat resistance can be obtained, it is preferable that 50% or more of R 1 is a methyl group, and particularly preferably all of R 1 is a methyl group.
ケイ素原子結合水素基(ヒドロシリル基)を有する第2のシリコーン化合物の存在については、R1がすべてメチル基の場合には、ヒドロシリル基の水素原子について、核磁気共鳴装置(NMR)を用いた水素核測定(H−NMR)を行うことにより確認可能である。この場合のヒドロシリル基の水素原子に帰属されるケミカルシフトは、直結しているケイ素原子の環境によって多少変化するが、4.65〜4.70ppmを中心とした位置にピークが出現する。この部分の積算値を測定することによって、ヒドロシリル基の量が算出できる。 With regard to the presence of the second silicone compound having a silicon-bonded hydrogen group (hydrosilyl group), when R 1 is all methyl groups, hydrogen using a nuclear magnetic resonance apparatus (NMR) for hydrogen atoms of the hydrosilyl group This can be confirmed by nuclear measurement (H-NMR). The chemical shift attributed to the hydrogen atom of the hydrosilyl group in this case changes somewhat depending on the environment of the silicon atom directly connected, but a peak appears at a position centered on 4.65 to 4.70 ppm. The amount of hydrosilyl group can be calculated by measuring the integrated value of this portion.
(3−3)第3のシリコーン化合物
さらに本発明においては、液状の付加硬化型シリコーン混合物中に、基材3と弾性層4との接着性を向上させる成分として、分子鎖の末端に不飽和脂肪族基を有するシリコーン化合物を含有させることが肝要となる。
(3-3) Third Silicone Compound Further, in the present invention, as a component for improving the adhesion between the
第1のシリコーン化合物中の側鎖部分に導入された不飽和脂肪族基は、カーボンナノチューブとの相互作用により、基材3との接着に寄与できる割合が減少するため、接着強度が低下されると推察される。
The unsaturated aliphatic group introduced to the side chain in the first silicone compound reduces the proportion that can contribute to the adhesion to the
しかし、分子鎖の末端に不飽和脂肪族基を有する第3のシリコーン化合物を含有させることによって、基材3との化学結合の形成に寄与する不飽和脂肪族基を、基材3上に形成した付加硬化型シリコーン混合物の層中に存在させることができる。その結果として、基材3と弾性層4との十分な接着性を確保することが可能となる。
However, by containing a third silicone compound having an unsaturated aliphatic group at the end of the molecular chain, an unsaturated aliphatic group that contributes to the formation of a chemical bond with the
第3のシリコーン化合物においては、分子内の不飽和脂肪族基同士が、ジアルキルシロキサン鎖によって離間され、離れた位置に存在するため、分子内の不飽和脂肪族基が、同時にカーボンナノチューブと相互作用する確率が低く、基材3との接着反応に寄与する割合が増加すると考えられる。この結果、基材3と弾性層4との接着性が向上し、十分な接着耐久性が得られる。
In the third silicone compound, since the unsaturated aliphatic groups in the molecule are separated by the dialkylsiloxane chain and located at remote positions, the unsaturated aliphatic group in the molecule simultaneously interacts with the carbon nanotube It is thought that the probability of doing so is low and the proportion contributing to the adhesion reaction with the
第3のシリコーン化合物中の不飽和脂肪族基は、下記の式4で示すように分子鎖の末端部分R2に導入される。
式4中、R1及びR2の構造については、式3に現れる、側鎖に不飽和脂肪族基を有するシリコーン化合物について例示したR1及びR2と同義である。
R1としてはメチル基が好ましく、R2としてはビニル基が好ましい。nは正の整数を表す。ここで、式4中のnの数によって、分子の両末端に位置するR2で表される不飽和脂肪族基同士の距離が確定される。そして、本発明においては、一方の不飽和脂肪族基が、カーボンナノチューブとの相互作用によってトラップされた場合にも、他方の不飽和脂肪族基の分子運動性が損なわれることのないように、不飽和脂肪族基同士を十分に離間させることが好ましい。従って、式4中のnとしては、50以上とすることが好ましく、特には、200以上とすることが好ましい。また、液状の付加硬化型シリコーン混合物の粘度を過度に上昇させることを避けるために、式4中のnの数は、2000以下とすることが好ましく、特には、1000以下とすることが好ましい。
In the
A methyl group is preferable as R 1 and a vinyl group is preferable as R 2 . n represents a positive integer. Here, the number of n in
末端部分に不飽和脂肪族基としてのビニル基を有する第3のシリコーン化合物の存在についても、前記したものと同様に、核磁気共鳴装置(NMR)を用いて水素核測定(H−NMR)を行うことにより確認可能である。
末端ビニル基に存在する3つの水素原子もそれぞれ非等価である。このため、相互にスピンカップリングが起こるが、ピークのケミカルシフトは側鎖構造のものと異なった位置に出現する。末端ビニル基に帰属されるピークは低ケミカルシフト側から5.68、5.69、5.73、5.74、5.89、5.90、5.92、5.93、6.06、6.10、6.11、6.15ppmにそれぞれ分離されて検出される。このようなケミカルシフトに分離検出されるピークは、シリコーン化合物の末端部分に導入されたビニル基特有のものである。
As to the presence of the third silicone compound having a vinyl group as an unsaturated aliphatic group at the terminal part, hydrogen nuclear measurement (H-NMR) was also measured using a nuclear magnetic resonance apparatus (NMR) in the same manner as described above. It can be confirmed by doing.
The three hydrogen atoms present in the terminal vinyl group are also each nonequivalent. Thus, although spin coupling occurs to each other, the chemical shift of the peak appears at a position different from that of the side chain structure. The peaks attributed to the terminal vinyl group are 5.68, 5.69, 5.73, 5.75, 5.89, 5.90, 5.92, 5.93, 6.06, from the lower chemical shift side. 6.10, 6.11, 6.15 ppm are respectively separated and detected. The peaks separated and detected due to such chemical shifts are characteristic of vinyl groups introduced into the terminal portion of the silicone compound.
本発明においては、本発明に係る付加硬化型シリコーン混合物に含まれる不飽和脂肪族基の総量に占める、第3のシリコーン化合物が有する末端不飽和脂肪族基の割合(モル分率)を、1%以上、30%以下とすることが好ましい。弾性層4内のシリコーンゴムの架橋密度を、弾性層としての強度を十分に維持しつつ、基材3と弾性層4との接着性をより良好にすることができるためである。
In the present invention, the proportion (molar fraction) of the terminal unsaturated aliphatic group possessed by the third silicone compound in the total amount of unsaturated aliphatic groups contained in the addition-curable silicone mixture according to the present invention is 1 It is preferable to set it as% or more and 30% or less. It is because the adhesiveness of the
第1〜第3のシリコーン化合物から構成されるベースポリマーにおけるヒドロシリル基の、該ベースポリマー中のケイ素原子に対する割合(モル分率)は、0.3〜10.0モル%、特には、0.5〜4.0モル%が好ましい。
また、第1〜第3のシリコーン化合物で構成されるベースポリマーにおける不飽和脂肪族基の、該ベースポリマー中のケイ素原子に対する割合(モル分率)は、0.5〜10.0モル%、特には、0.8〜5.0モル%とすることが好ましい。
さらに、該ベースポリマー中における不飽和脂肪族基の量に対するヒドロシリル基の量の割合(ヒドロシリル基のモル数/不飽和脂肪族基のモル数)としては、0.3〜2.0、特には、0.5〜1.0が好ましい。
The proportion (molar fraction) of the hydrosilyl group in the base polymer composed of the first to third silicone compounds to the silicon atom in the base polymer is 0.3 to 10.0 mol%, in particular, 0.1. 5-4.0 mol% is preferable.
Further, the ratio (molar fraction) of unsaturated aliphatic groups in the base polymer composed of the first to third silicone compounds to silicon atoms in the base polymer is 0.5 to 10.0 mol%, In particular, it is preferable to set it as 0.8-5.0 mol%.
Furthermore, the ratio of the amount of hydrosilyl groups to the amount of unsaturated aliphatic groups in the base polymer (number of moles of hydrosilyl groups / number of moles of unsaturated aliphatic groups) is 0.3 to 2.0, particularly And 0.5 to 1.0 are preferable.
不飽和脂肪族基としてビニル基を用いた際には、シリコーンゴム組成物中に含まれるビニル基の総量に占める末端ビニル基の割合を、先に示したH−NMRを用いることで定量することが可能である。ビニル基の総量は5.6〜6.2ppmの積算値を1/3とする(ビニル基中に水素原子が3個存在するため)ことにより導いておく。
次いで、末端ビニル基のプロトン同士のスピンカップリングによりカルテットに分かれた、6.06、6.10、6.11、6.15ppmのピークが、側鎖ビニル基のプロトンケミカルシフトと重複せず独立して検出可能であるため、この部分の積算値を末端ビニル基量とする。これにより、ビニル基総量に占める末端ビニル基の割合が算出できる。
When a vinyl group is used as the unsaturated aliphatic group, the ratio of the terminal vinyl group to the total amount of vinyl groups contained in the silicone rubber composition is quantified by using the above-mentioned H-NMR. Is possible. The total amount of vinyl groups is derived by setting the integrated value of 5.6 to 6.2 ppm to 1/3 (because there are three hydrogen atoms in the vinyl group).
Then, the peaks of 6.06, 6.10, 6.11, 6.15 ppm, which were separated into quartets by spin coupling of protons of terminal vinyl groups, became independent without overlapping with the proton chemical shift of side chain vinyl groups. Therefore, the integrated value of this portion is taken as the amount of terminal vinyl group because it can be detected. Thereby, the ratio of the terminal vinyl group to the total amount of vinyl groups can be calculated.
(3−4)充填剤(フィラー)
弾性層4には熱伝導性を付与するためのフィラーとしてカーボンナノチューブが含有されている。カーボンナノチューブはアーク法、レーザーアブレーション法、DIPS法(Direct Injection Pyrolytic Synthesis method)、CoMoCAT法、HiPCO法、スーパーグロースCVD法、気相成長法などの製法で製造されており、市販されているものもある。なかでも気相成長法により製造されたカーボンナノチューブが、形状制御性とシリコーン化合物への分散性の観点から特に好ましい。
(3-4) Filler
The
気相成長法のカーボンナノチューブは炭化水素と水素を原料とし、加熱炉内において気相で熱分解反応させ、触媒微粒子を核に繊維状に成長させたものである。繊維径、繊維長は原料及び触媒の種類・大きさ・組成、反応温度・気圧及び時間などによって制御され、反応後、熱処理によって黒鉛構造を更に発達させた物が知られている。繊維の径方向においては複層構造になっており、グラファイト構造が筒状に積層された形状を有している。このグラファイト構造はラマン分光光度を測定した際に、1570〜1580cm−1付近に非常にシャープな吸収を示すことから、その存在が確認できる。 The carbon nanotubes of the vapor phase growth method are obtained by using a hydrocarbon and hydrogen as raw materials, performing a thermal decomposition reaction in the gas phase in a heating furnace, and growing the catalyst fine particles into a fibrous form using nuclei. The fiber diameter and fiber length are controlled by the type, size and composition of the raw material and catalyst, reaction temperature, pressure and time, etc., and after the reaction, a material in which the graphite structure is further developed by heat treatment is known. It has a multilayer structure in the radial direction of the fiber, and has a shape in which a graphite structure is laminated in a cylindrical shape. This graphite structure exhibits a very sharp absorption around 1570-1580 cm −1 when measuring Raman spectrophotometry, so its presence can be confirmed.
弾性層4にはさらに熱伝導性を付与するために、その他のフィラーが配合されていても良い。熱伝導性の付与を目的として用いられるフィラーの具体例は、以下の例を含む。
炭化ケイ素(SiC);窒化ケイ素(Si3N4);窒化ホウ素(BN);窒化アルミニウム(AlN);アルミナ(Al2O3);酸化亜鉛(ZnO);酸化マグネシウム(MgO);シリカ(SiO2);銅(Cu);アルミニウム(Al);銀(Ag);鉄(Fe);ニッケル(Ni);ケイ素(Si);炭素繊維(C)等。
これらは単独であるいは2種以上を混合して用いることができる。
Other fillers may be blended in the
Silicon carbide (SiC); silicon nitride (Si 3 N 4 ); boron nitride (BN); aluminum nitride (AlN); alumina (Al 2 O 3 ); zinc oxide (ZnO); magnesium oxide (MgO); silica (SiO 2) 2 ); copper (Cu); aluminum (Al); silver (Ag); iron (Fe); nickel (Ni); silicon (Si); carbon fiber (C) and the like.
These can be used alone or in combination of two or more.
熱伝導性フィラーの平均粒径は取り扱い上、及び分散性の観点から1μm以上50μm以下が好ましい。また、形状は球状、粉砕状、針状、板状、ウィスカ状などが用いられるが、分散性の観点から球状のものが好ましい。 The average particle diameter of the heat conductive filler is preferably 1 μm or more and 50 μm or less from the viewpoint of handling and dispersibility. The shape is spherical, crushed, needle-like, plate-like, whisker-like, etc., but spherical one is preferable from the viewpoint of dispersibility.
また、フィラーとしては他に、補強性や耐熱性、加工性、導電性等の特性を付与させる目的で、微量ながら酸化鉄(FeO・Fe2O3・Fe3O4)や酸化チタン(TiO2)、カーボンブラック(C)、等を含むことがある。さらに、この目的でシリカ(SiO2)を含んでいてもよい。 In addition, for the purpose of imparting properties such as reinforcement, heat resistance, processability, conductivity etc. as a filler, iron oxide (FeO · Fe 2 O 3 · Fe 3 O 4 ) or titanium oxide (TiO 2 ) in a small amount 2 ) Carbon black (C) etc. may be included. Furthermore, it may contain silica (SiO 2 ) for this purpose.
付加硬化型シリコーン混合物中における充填剤は、弾性層が、後述する弾性率(E50、E200)を有するために必要な量が配合される。具体的には、カーボンナノチューブは、第1のシリコーン化合物、第2のシリコーン化合物および第3のシリコーン化合物の混合物(ベースポリマー)に対して、体積充填率で、0.5〜15体積%の範囲内で適宜調整することが好ましい。
また、アルミナの如き他のフィラーは、第1のシリコーン化合物、第2のシリコーン化合物および第3のシリコーン化合物の混合物(ベースポリマー)に対して、体積充填率で、0〜50体積%、特には、10〜40体積%の範囲内で適宜調整することが好ましい。
The filler in the addition-curable silicone mixture is blended in an amount necessary for the elastic layer to have the elastic modulus (E50, E200) described later. Specifically, the carbon nanotube is in the range of 0.5 to 15 % by volume in volume filling ratio with respect to the mixture (base polymer) of the first silicone compound, the second silicone compound and the third silicone compound. It is preferable to adjust appropriately within.
In addition, the other filler such as alumina is 0 to 50% by volume, particularly, in terms of volume filling ratio with respect to the mixture of the first silicone compound, the second silicone compound and the third silicone compound (base polymer). It is preferable to adjust suitably within the range of 10-40 volume%.
(3−5)弾性層の弾性率について
定着部材はトナーを溶融するため加熱状態で使用されるが、その使用温度領域において弾性変化が小さいことが定着画質の安定性の観点から重要である。これについては定着部材の使用温度域における弾性層4の弾性率変化の温度依存性を測定することで安定した弾性が確保可能であるかを比較・評価することが可能となる。
(3-5) Elastic modulus of elastic layer The fixing member is used in a heated state to melt the toner, but it is important from the viewpoint of stability of the fixing image quality that the elastic change is small in the use temperature range. About this, it becomes possible to compare and evaluate whether stable elasticity can be secured by measuring the temperature dependency of the elastic modulus change of the
具体的には、定着部材の弾性層4から切り出したサンプル(長さ50mm、幅5mm、厚みは2mm)を準備する。この弾性層4のサンプルを、加熱炉を具備した動的粘弾性測定装置(DMA)にセットしたのち、振動周波数を10Hzに設定し、温度条件を変化させて測定することで、各温度における弾性率を測定することが可能である。
Specifically, a sample (length 50 mm, width 5 mm, thickness 2 mm) cut from the
特に、弾性層4の50℃での弾性率E50と、200℃での弾性率E200との比、E200/E50が0.5以上1.0未満であることが、安定的な画質確保のために必要となる。
In particular, the ratio of the elastic modulus E50 at 50 ° C. of the
ここで50℃での弾性率E50は、定着部材として相対的に低温な環境におかれた場合を想定しており、ばらつきを含みにくく安定的に測定可能な温度における値である。
一方、200℃での弾性率E200とは定着部材の実使用環境温度を想定した範囲でシリコーンゴムの分解等に伴う劣化が起こらない最も高い温度における値である。
それぞれの温度における弾性率の比である「E200/E50」は、定着装置の待機状態、所謂スタンバイ状態から実使用温度環境に定着部材が温度変化した際の弾性率の変化度合いを示している。この数値が1.0に近くなるほど、定着部材の実使用温度環境において、弾性層4が温度に依存せず安定した弾性を示すものであるということができる。
Here, the elastic modulus E50 at 50 ° C. is assumed to be in a relatively low temperature environment as a fixing member, and is a value at a temperature that is less likely to include variations and can be measured stably.
On the other hand, the elastic modulus E200 at 200 ° C. is a value at the highest temperature at which deterioration due to decomposition or the like of the silicone rubber does not occur within a range assuming the actual use environmental temperature of the fixing member.
The elastic modulus ratio “E200 / E50” at each temperature indicates the degree of change in elastic modulus when the temperature of the fixing member changes from the standby state of the fixing device, that is, the so-called standby state to the actual use temperature environment. As this value approaches 1.0, it can be said that the
先に述べたように、シリコーンゴム組成物の原材料の配合段階においてシリコーン化合物の種類、分子量、架橋構造、架橋点の数、更にはフィラーの種類や量などを変化させることにより、硬化後の弾性層4の弾性率を制御する。
As described above, the elasticity after curing is changed by changing the type, molecular weight, cross-linked structure, number of cross-linking points, and further the type and amount of filler in the mixing step of the raw materials of the silicone rubber composition. The modulus of elasticity of
ところが、フィラーとしてカーボンナノチューブを配合した付加硬化型のシリコーン混合物においては、構造粘性が強く生じることから比較的低分子量のシリコーン化合物を用いる必要がある。その際に末端に不飽和脂肪族基を有するシリコーン化合物を多量に配合してしまうと、ベースポリマー中の分岐構造が発達していないため、硬化した弾性層4の分岐構造の発達が妨げられる。この結果、弾性層4における弾性率の温度依存性が大きくなり、弾性率の比であるE200/E50は0.5を下回る値となってしまう。
However, in the addition-curable silicone mixture in which carbon nanotubes are blended as a filler, it is necessary to use a silicone compound having a relatively low molecular weight because structural viscosity is strongly generated. At this time, if a silicone compound having an unsaturated aliphatic group at the end is blended in a large amount, the branched structure in the base polymer is not developed, and the development of the branched structure of the cured
即ち、カーボンナノチューブを配合した弾性層4では、シリコーンゴム組成物におけるシリコーン化合物成分として、側鎖に不飽和脂肪族基を有するシリコーン化合物を主体的に配合することで、分岐・架橋構造を発達させ、弾性率の温度依存性を小さくする必要がある。ここで主体的に配合するとは、シリコーンゴム組成物を構成するシリコーン化合物成分の全成分において、重量換算で当該成分の含有量が最も多いことを意味し、特に当該成分を全成分中50重量%以上含むことが好ましい。
That is, in the
なお、本発明に係るE50およびE200は、定着部材の弾性層4が有しているべき柔軟性の目安として、0.5MPa以上、4.5MPa以下の範囲内にあることが好ましい。より具体的には、E50は、1.7MPa以上、4.5MPa以下の範囲内にあること、また、E200は、0.7MPa以上、2.8MPa以下の範囲内にあることが好ましい。
E50 and E200 according to the present invention is preferably in the range of 0.5 MPa or more and 4.5 MPa or less as a measure of the flexibility that the
そして、E50およびE200の値が各々上記の範囲内にあり、かつ、E200/E50が、0.5以上、1.0未満という規定を満たす弾性層4は、弾性層として備えるべき弾性を備えていること、および、温度200℃においても破壊されにくい強固な架橋構造を有するシリコーンゴムで構成されているものであるということができる。
And the
ところで、本発明に係る弾性層4は、日本工業規格(JIS) K 6251:2010に基づく、ダンベル状3号型試験片を用いて測定したときの引っ張り強さ(TS)が、0.4MPa以上、3.0MPa以下、特には、1.0MPa以上、2.5MPa以下であることが好ましい。弾性層4の引っ張り強さは、弾性率と同様に、シリコーンゴムの架橋の程度に主に支配される。従って、E50およびE200が、上記した数値範囲内にある弾性層4は、基本的には、上記範囲内の引っ張り強さを有するものとなる。
By the way, the
(4)表層
表層5としては、主にフッ素樹脂層、例えば、以下に例示列挙する樹脂が単独もしくは複合されて用いられる。テトラフルオロエチレン−パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)等。
上記例示列挙した材料中、成形性やトナー離型性の観点からPFAが好ましい。
(4) Surface Layer As the surface layer 5, a fluorocarbon resin layer, for example, resins exemplified below are used singly or in combination. Tetrafluoroethylene-perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer (PFA), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) and the like.
Among the materials listed above, PFA is preferable from the viewpoint of moldability and toner releasability.
形成方法としては特に限定されない。例えば、チューブ状に成形したものを、接着層(不図示)を介して弾性層4上に被覆する方法、フッ素樹脂の微粒子を直接、または、溶媒中に分散塗料化されたものを弾性層4表面にコーティング後、乾燥・溶融し焼き付ける方法が挙げられる。
It does not specifically limit as a formation method. For example, a method of coating a tube-shaped one on the
また、表層5中には成形性や離型性を損なわない範囲において、熱物性を制御する目的でフィラーを含有してもよい。 In addition, a filler may be contained in the surface layer 5 in order to control the thermophysical properties within a range that does not impair the moldability and the releasability.
表層5の厚みは、50μm以下、更には30μm以下とすることが好ましい。表層5を積層した際に弾性層4の弾性を維持し、定着部材としての表面硬度が高くなりすぎることを抑制できるからである。
The thickness of the surface layer 5 is preferably 50 μm or less, and more preferably 30 μm or less. When the surface layer 5 is laminated, the elasticity of the
(5)基材と弾性層の間の接着強度、及びはく離試験について
25℃における、基材3と弾性層4との間の接着強度は、3.0N/cm以上20.0N/cm以下である。本発明においては、基材3と弾性層4との間の接着強度は、日本工業規格で定められた「接着剤−はく離接着強さ試験方法」(JIS K6854−1:1999)によって測定する。
(5) Adhesive strength between substrate and elastic layer, and peeling test Adhesive strength between
具体的な接着強度の測定方法について、図2を用いて説明する。定着部材11(図ではベルト形態の定着部材、すなわち定着ベルト)の基材の形状が変形しないように、必要に応じて内部に中子12を挿入し、定着部材11の周方向に沿って、弾性層側から基材表面に到達するように剃刀を用いて幅1cmのスリットを入れる。次にスリットを入れた部分に定着部材11の長手方向に一カ所切り込みを入れ、弾性層と基材の界面部分から剃刀を用いて表層を強制的に周方向に2cm程度はく離して、はく離部の先端部分をフォースゲージ13のチャック部14に挟みこむ。なお、表層が薄くて塑性変形が起こる場合には、スリット形成に先立って、補強用のポリイミドテープを表層の表面に張り付け、その上からスリットを形成してもよい。これによって表層の塑性変形を抑えることができる。
A specific method of measuring adhesive strength will be described with reference to FIG. As necessary, the
そして、定着部材11が周方向に自由に回転可能なように、中子12(もしくは基材)を固定し、フォースゲージ13を不図示の手段を用いて剥がし端の根元における定着部材11本体の接線方向に対して垂直方向に、剥がした弾性層側の層の長さが50mmとなるまで、50mm/分の速度で引き上げる。この長さを、「はく離長さ」ともいう。
Then, the core 12 (or the base material) is fixed so that the fixing member 11 can freely rotate in the circumferential direction, and the
この際、引き剥がす方向Fが、剥がし端の根元における定着部材本体の接線方向に対して90°を維持することが重要である。90°を維持するために、まず、剥がし端をフォースゲージに挟み込む際に、剥がした弾性層側の層が、接線方向に対して90°となるように挟み込む。次に、中子12の回転軸の真上から垂直方向Fに50mm/分でフォースゲージ13を引っ張ると同時に、中子12の接線における移動速度が、垂直方向Fの移動速度と等しくなるように、中子12を図中Rの方向に回転させる。具体的には、定着ベルトの外径が、30mmである場合、中子の回転速度を、0.53rpmとすることで引き剥がす方向を定着部材11本体の接線方向に対して90°に維持することができる。上記の測定によって、50mmのはく離長さにわたる、力−つかみ移動距離曲線が得られる。そして、その力−つかみ移動距離曲線から、はく離力の算術平均値を求める。この値を、一測定箇所における「はく離力」とする。ここで、はく離力の算術平均値の算出には、つかみ移動距離0.1mm毎の力を用いた。
At this time, it is important that the peeling direction F is maintained at 90 ° with respect to the tangential direction of the fixing member main body at the root of the peeling end. In order to maintain 90 °, first, when the peeled end is sandwiched with a force gauge, the layer on the peeled elastic layer side is sandwiched so as to be 90 ° with respect to the tangential direction. Next, the
なお、後述する各実施例および比較例における接着強度は、各実施例および各比較例に係る定着部材について、測定結果が干渉し合わない、任意の5箇所において上記剥離試験を行った。そして、上記5箇所における測定結果から求まる「はく離力」の算術平均値を、各実施例および比較例に係る定着部材の「はく離力」とした。また、一箇所における剥離試験で、はく離長さを50mmとすることができない定着部材である場合は、合計のはく離長さが250mmとなるように複数個所で剥離試験を行って、力−つかみ移動距離曲線を作成し、当該力−つかみ移動距離曲線から平均はく離力を求め、この値を、当該定着部材の「はく離力」とする。 In the adhesion strength in each example and comparative example to be described later, the peeling test was performed at any five places where the measurement results do not interfere with each other for the fixing members according to each example and each comparative example. Then, the arithmetic mean value of the "peel force" determined from the measurement results at the above five locations is taken as the "peel force" of the fixing member according to each example and comparative example. In the case of a fixing member in which the peeling length can not be 50 mm in the peeling test at one place, the peeling test is performed at a plurality of points so that the total peeling length is 250 mm, and the force-gripping movement is performed. A distance curve is created, an average peeling force is determined from the force-gripping movement distance curve, and this value is taken as the "peeling force" of the fixing member.
また、このはく離試験によって形成された破断面は、日本工業規格で定められた「接着剤−主要破壊様式の名称」(JIS K6866:1999)に則って判断する。そして、基材側の全面に、破断した弾性層が付着した状態を、弾性層の凝集破壊(CF)と判定する。
一方、基材側に弾性層が全く付着していない場合、接着破壊(界面剥離)とみなす。
また、基材側の一部に弾性層が付着した場合、基材における弾性層のはく離面積に対して、破断した弾性層の被覆率が50%以上である場合は、弾性層の凝集破壊と判定する。また、基材における弾性層の剥離面積に対して、破断した弾性層の被覆率が、50%未満である場合は、接着破壊(界面剥離)と判定する。
In addition, the fractured surface formed by this peeling test is judged in accordance with "adhesive-name of major failure mode" (JIS K 6686: 1999) defined by Japanese Industrial Standards. Then, the state in which the broken elastic layer is attached to the entire surface on the substrate side is determined as cohesive failure (CF) of the elastic layer.
On the other hand, when no elastic layer adheres to the substrate side at all, it is regarded as adhesive failure (interface peeling).
When the elastic layer adheres to a part of the substrate side, when the coverage of the broken elastic layer is 50% or more with respect to the peeling area of the elastic layer in the substrate, the cohesive failure of the elastic layer judge. Moreover, when the coverage of the fractured elastic layer is less than 50% with respect to the peeling area of the elastic layer in a base material, it determines with adhesive failure (interface peeling).
2.定着装置
本発明に係る定着装置は、上記した定着部材を有している。定着装置は、少なくとも一方が加熱された一対のローラ、フィルムとローラ、ベルトとローラ、ベルトとベルト、といった回転体同士が圧接されている。これらの回転体は、画像形成装置全体としてのプロセス速度、大きさ等の条件を勘案して適宜選択される。ここでは、記録媒体上の未定着トナー画像を定着する定着装置の具体例を示して、その構成を説明する。
2. Fixing Device The fixing device according to the present invention has the above-described fixing member. In the fixing device, rotating members such as a pair of rollers at least one of which is heated, a film and a roller, a belt and a roller, and a belt and a belt are in pressure contact with each other. These rotating members are appropriately selected in consideration of conditions such as the process speed and the size of the entire image forming apparatus. Here, a specific example of a fixing device for fixing an unfixed toner image on a recording medium will be described, and the configuration thereof will be described.
(1)ベルト形状の定着部材を用いた定着装置
図3は、ベルト形状の定着部材を用いた定着装置の一例における横方向断面模式図を示す。
この定着装置において、定着ベルト1は、本発明に係る定着部材としてのシームレス形状(無端状)のベルトである。この定着ベルト1を保持するために、耐熱性・断熱性を有する樹脂によって成型されたベルトガイド部材16が配置されている。
このベルトガイド部材16と定着ベルト1の内面とが接触する位置に熱源としてのセラミックヒータ17を具備する。
セラミックヒータ17はベルトガイド部材16の長手方向(定着ベルト1の回転軸方向)に沿って成型具備された溝部に嵌入して固定支持されている。セラミックヒータ17は、不図示の手段によって通電され発熱する。
シームレス形状の定着ベルト1はベルトガイド部材16にルーズに外嵌させてある。加圧用剛性ステイ18はベルトガイド部材16の内側に挿通してある。
加圧部材としての弾性加圧ローラ19はステンレス芯金19aにシリコーンゴムの弾性層19bを設けて表面硬度を低下させたものである。
芯金19aの両端部を、不図示の手前側と奥側のシャーシ側板との間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。
弾性加圧ローラ19は、表面性及び離型性を向上させるために表層19cとして、厚さ50μmのフッ素樹脂チューブが被覆されている。
加圧用剛性ステイ18の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材(不図示)との間にそれぞれ加圧バネ(不図示)を縮設することで、加圧用剛性ステイ18に押し下げ力(図3における下方向の力)を付与している。これによってベルトガイド部材16の下面に配設したセラミックヒータ17の下面と弾性加圧ローラ19の上面とが定着ベルト1を挟んで圧接して所定の幅を有する定着ニップNが形成される。
この定着ニップNに未定着トナーGによって画像が形成された、被加熱体となる記録媒体Pを搬送速度Vで挟持搬送させる。これにより、トナー画像を加熱、加圧する。その結果、トナー画像は溶融・混色、その後、冷却されることによって記録媒体P上にトナー画像が定着される。
なお、図3に示す実施形態に係る定着装置では、弾性加圧ローラ19が不図示の駆動部によって回転駆動されることで反時計回り方向に回転する。そして、定着ニップNで当接する定着ベルト1は、この弾性加圧ローラ19の回転に伴って時計回り方向に従動回転する。
(1) Fixing Device Using Belt-Shaped Fixing Member FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an example of the fixing device using the belt-shaped fixing member.
In this fixing device, the fixing
A
The
The fixing
The elastic pressure roller 19 as a pressure member has a stainless
Both ends of the cored
The elastic pressure roller 19 is coated with a 50 μm-thick fluorocarbon resin tube as a
A pressing force (not shown) is compressed between both ends of the pressing
The recording medium P as the object to be heated, on which an image is formed by the unfixed toner G at the fixing nip N, is nipped and conveyed at a conveying speed V. Thus, the toner image is heated and pressurized. As a result, the toner image is melted and mixed, and then cooled to fix the toner image on the recording medium P.
In the fixing device according to the embodiment shown in FIG. 3, the elastic pressure roller 19 is rotated in the counterclockwise direction by being rotationally driven by a drive unit (not shown). The fixing
(2)ローラ形状の定着部材を用いた定着装置
図4は、ローラ形状の定着部材を用いた定着装置の一例における横方向断面模式図を示す。
この定着装置において、定着ローラ2は、本発明に係る定着部材である。この定着ローラ2は基材3の外周面に弾性層4が形成され、更にその外側に表層5が形成されている。また、弾性加圧ローラ19は、芯金19aの外周面に弾性層19bが形成され、さらにその外側に表層19cが形成されている。
定着ローラ2と対向するように加圧部材としての弾性加圧ローラ19が配置されており、不図示の加圧手段により、二つのローラが回転可能に押圧されることで、定着ニップNが形成されている。なお、加圧手段は、二つのローラのうちの一方のローラを、固定された他方のローラの方向に加圧するものであってもよく、二つのローラを互いが向き合う方向に加圧するものであってもよい。
定着ローラ2及び弾性加圧ローラ19の内部は中空状となっている。この中空状の内部には、未定着トナーGを溶融するために必要な熱を供給する、熱源としてのヒータ20が設置されている。ヒータ20としてはハロゲンヒータが一般に用いられる。搬送されてくる記録媒体Pのサイズに合わせて、複数本のハロゲンヒータを内部に設置する場合もある。
定着ローラ2及び弾性加圧ローラ19の少なくとも一方には不図示の手段により基材3及び芯金19aの端部を通じて回転力が加えられ、定着ローラ2表面の移動速度が記録媒体Pの搬送速度Vと略等速となるように回転が制御されている。この際、回転力は、定着ローラ2及び弾性加圧ローラ19のどちらか一方に付与され、もう一方が従動により回転していてもよいし、両方に回転力が付与されていてもよい。
このように形成された定着装置の定着ニップNに、未定着トナーGによって画像が形成された記録媒体Pを挟持搬送させる。これにより、未定着トナー画像を加熱、加圧する。その結果、未定着トナー画像が溶融・混色、その後、冷却されることによって、記録媒体P上にトナー画像が定着される。
(2) Fixing Device Using Fixing Member in Roller Shape FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in a transverse direction of an example of the fixing device using the fixing member in the roller shape.
In this fixing device, the fixing roller 2 is a fixing member according to the present invention. In the fixing roller 2, an
An elastic pressure roller 19 as a pressure member is disposed so as to face the fixing roller 2, and two rollers are rotatably pressed by a pressure unit (not shown), thereby forming a fixing nip N. It is done. The pressing means may press one of the two rollers in the direction of the other fixed roller, or press the two rollers in the direction in which they face each other. May be
The insides of the fixing roller 2 and the elastic pressure roller 19 are hollow. A
Rotational force is applied to at least one of the fixing roller 2 and the elastic pressure roller 19 through the end of the
The recording medium P on which an image is formed by the unfixed toner G is nipped and conveyed at the fixing nip N of the fixing device formed as described above. Thereby, the unfixed toner image is heated and pressurized. As a result, the unfixed toner image is melted and mixed, and then cooled, whereby the toner image is fixed on the recording medium P.
3.電子写真画像形成装置
本発明に係る電子写真画像形成装置としては、電子写真方式を用いた複合機、コピー、ファックス、プリンタがある。ここではカラーレーザープリンタを例に用い、本発明の画像形成装置の全体構成の概略について説明する。
図5は本発明に係る電子写真画像形成装置の実施形態の一様態であるカラーレーザープリンタの概略断面図である。図5に示したカラーレーザープリンタ(以下「プリンタ」と称す)40は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の色毎に一定速度で回転するドラム形状の電子写真感光体(以下「感光ドラム」と称す)を有する電子写真画像形成部を有する。また、電子写真画像形成部において現像され、多重転写されたカラー画像を保持し、給送部から給送された記録媒体Pにさらに転写する中間転写体38を有する。電子写真感光体である感光体ドラム39(39Y、39M、39C、39K)は、駆動手段(不図示)によって、図5に示すように反時計回りに回転駆動される。
3. Electrophotographic Image Forming Apparatus As an electrophotographic image forming apparatus according to the present invention, there are a multi-function machine using an electrophotographic method, a copier, a facsimile, and a printer. Here, using a color laser printer as an example, an outline of the entire configuration of the image forming apparatus of the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a color laser printer which is an aspect of the embodiment of the electrophotographic image forming apparatus according to the present invention. The color laser printer (hereinafter referred to as "printer") 40 shown in FIG. 5 has a drum shape that rotates at a constant speed for each color of yellow (Y), magenta (M), cyan (C) and black (K). It has an electrophotographic image forming section having an electrophotographic photosensitive member (hereinafter referred to as "photosensitive drum"). The image forming apparatus further includes an
感光体ドラム39の周囲には、その回転方向にしたがって順に、感光体ドラム39表面を均一に帯電する帯電装置21(21Y、21M、21C、21K)、画像情報に基づいてレーザービームを照射し、感光体ドラム39上に静電潜像を形成する、露光手段としてのスキャナユニット22(22Y、22M、22C、22K)、静電潜像にトナーを付着させてトナー画像として現像する現像ユニット23(23Y、23M、23C、23K)、感光体ドラム39上のトナー画像を一次転写部T1で中間転写体38に転写させる一次転写ローラ24(24Y、24M、24C、24K)、転写後の感光体ドラム39表面に残った転写残トナーを除去するクリーニングブレードを有するクリーニングユニット25(25Y、25M、25C、25K)が配置されている。
Around the photosensitive drum 39, a charging device 21 (21Y, 21M, 21C, 21K) for charging the surface of the photosensitive drum 39 uniformly according to the rotation direction is irradiated with a laser beam based on image information, A scanner unit 22 (22Y, 22M, 22C, 22K) as an exposure unit that forms an electrostatic latent image on the photosensitive drum 39, and a developing unit 23 (toner image that develops toner as a toner image) 23Y, 23M, 23C, 23K), a primary transfer roller 24 (24Y, 24M, 24C, 24K) for transferring the toner image on the photosensitive drum 39 to the
画像形成に際しては、ローラ26、27及び28に張架されたベルト状の中間転写体38が回転するとともに各感光体ドラム39に形成された各色トナー画像が前記中間転写体38に重畳して一次転写されることでカラー画像が形成される。
前記中間転写体38への一次転写と同期するように搬送手段によって記録媒体Pが二次転写部T2へ搬送される。搬送手段は複数枚の記録媒体Pを収納した給送カセット29、給送ローラ30、分離パッド31、レジストローラ対32を有する。画像形成時には給送ローラ30が画像形成動作に応じて駆動回転し、給送カセット29内の記録媒体Pを一枚ずつ分離し、該レジストローラ対32によって画像形成動作とタイミングを合わせて二次転写部T2へ搬送する。
At the time of image formation, the belt-like
The recording medium P is conveyed to the secondary transfer portion T2 by the conveyance means in synchronization with the primary transfer onto the
二次転写部T2には移動可能な二次転写ローラ33が配置されている。二次転写ローラ33は、略上下方向に移動可能である。そして、像転写に際して、二次転写ローラ33は記録媒体Pを介して中間転写体38に所定の圧で押しつけられる。この時同時に二次転写ローラ33にはバイアスが印加され中間転写体38上のトナー画像は記録媒体Pに転写される。
A movable
中間転写体38と二次転写ローラ33とはそれぞれ駆動されているため、両者に挟まれた状態の記録媒体Pは、図5に示す左矢印方向に所定の搬送速度Vで搬送され、更に搬送ベルト34により次工程である定着部35に搬送される。定着部35は、本発明の定着装置である。定着部35では熱及び圧力が印加されて転写トナー画像が記録媒体Pに定着される。その記録媒体Pは排出ローラ対36によって電子写真画像形成装置40上面の排出トレイ37上へ排出される。
Since the
本発明によれば、弾性層にカーボンナノチューブを配合することで熱伝導性を向上させた定着部材においても、基材と弾性層との接着性を確保することができるため、実使用環境において基材と弾性層との界面はく離を抑制し、十分な耐久性を有する定着部材を得ることができる。 According to the present invention, even in the fixing member whose thermal conductivity is improved by blending carbon nanotubes in the elastic layer, the adhesiveness between the substrate and the elastic layer can be secured, so that the base can be used in the actual use environment. It is possible to suppress the interface peeling between the material and the elastic layer and to obtain a fixing member having sufficient durability.
以下に、実施例を用いてより具体的に本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be more specifically described using examples.
<ベースポリマー1の調製>
ベースポリマー1としては、まず側鎖に不飽和脂肪族基を有するシリコーン化合物(第1のシリコーン化合物、以降、「Si−1」とも記す)として、前記式1の構造式で示される、側鎖部にビニル基の量がケイ素原子比で1.2%導入されたシリコーン化合物を準備した。
次いで末端に不飽和脂肪族基を有するシリコーン化合物(本発明に係る第3のシリコーン化合物であり、以降、「Si−3」とも記す)として、前記式2の構造式で示される、末端部にビニル基の量がケイ素原子比で0.8%導入されたシリコーン化合物を準備した。
さらに架橋剤シリコーン化合物(本発明に係る第2のシリコーン化合物であり、以降、「Si−2」とも記す)として、前記式5の構造式のR1がメチル基であり、ヒドロシリル基の量がケイ素原子比で19.5%導入されたシリコーン化合物を準備した。
これらを表1に示す配合比で計量して、更に微量のヒドロシリル化触媒(白金触媒:白金カルボニルシクロビニルメチルシロキサン錯体)とインヒビターを添加し、十分に混合することでベースポリマー1を得た。各シリコーン化合物の平均分子量と官能基の導入量、並びに配合比を表1に示す。
<Preparation of
As the
Next, as a silicone compound having an unsaturated aliphatic group at the end (a third silicone compound according to the present invention, hereinafter also referred to as “Si-3”), the end portion is represented by the structural formula of the formula 2 A silicone compound was prepared in which the amount of vinyl groups was 0.8% in terms of silicon atom ratio.
Furthermore, as the crosslinking agent silicone compound (the second silicone compound according to the present invention, hereinafter referred to as "Si-2"), R 1 in the structural formula of the formula 5 is a methyl group, and the amount of hydrosilyl group is A silicone compound was prepared in which 19.5% of the silicon atom ratio was introduced.
These were weighed at the compounding ratio shown in Table 1, and further, a trace amount of hydrosilylation catalyst (platinum catalyst: platinum carbonyl cyclovinyl methyl siloxane complex) and an inhibitor were added and thoroughly mixed to obtain a
重量平均分子量(Mw)の測定は、検出器として示差屈折計(RI)を有するゲル浸透クロマトグラフ分析装置(GPC)(商品名:SC−8010システム;東ソー株式会社製)に、カラム(商品名:Shodex・K−800D×1本、Shodex・K−805L×2本;共に昭和電工株式会社製)を順にセットし、溶離液としてクロロホルム(CHCl3)を用いた。分子量が既知の複数種のポリジメチルシロキサンを用いて分子量と保持時間のGPC検量線を事前に作成したうえ、今回用いたシリコーン化合物の溶出曲線から平均分子量(Mw)を算出した。 The measurement of the weight average molecular weight (Mw) is carried out using a gel permeation chromatography analyzer (GPC) (trade name: SC-8010 system; manufactured by Tosoh Corp.) having a differential refractometer (RI) as a detector (trade name) Shodex K-800D × 1 bottle, Shodex K-805L × 2 bottles; both manufactured by Showa Denko KK) were sequentially set, and chloroform (CHCl 3 ) was used as an eluent. A GPC calibration curve of molecular weight and retention time was prepared in advance using plural kinds of polydimethylsiloxanes whose molecular weight is known, and the average molecular weight (Mw) was calculated from the elution curve of the silicone compound used this time.
官能基の導入量の測定は、核磁気共鳴装置(商品名:FT−NMR・AL400型;日本電子株式会社製)を用いた。溶媒には重クロロホルム(CDCl3)を使用し、水素核測定(H−NMR)モードでプロトン(1H)を観測核として、ケミカルシフトから末端及び側鎖の不飽和脂肪族基量ならびにヒドロシリル基量を定量し算出した。 The nuclear magnetic resonance apparatus (brand name: FT-NMR * AL400 type; Nippon Electronics Co., Ltd. make) was used for the measurement of the introduction amount of a functional group. Deuterated chloroform (CDCl 3 ) is used as the solvent, and proton ( 1 H) is observed in the hydrogen nucleus measurement (H-NMR) mode as an observation nucleus, the amount of unsaturated aliphatic groups in terminal and side chains and the hydrosilyl group The amount was quantified and calculated.
<ベースポリマー2〜7の調製>
Si−1、Si−2およびSi−3として、重量平均分子量、不飽和脂肪族基の量およびヒドロシリル基の量が表1に示した値であるシリコーン化合物を表1に示す配合比で混合したこと以外は、ベースポリマー1と同様にして、ベースポリマー2〜7を調製した。
<Preparation of Base Polymers 2 to 7>
As the Si-1, Si-2 and Si-3, silicone compounds having the weight average molecular weight, the amount of unsaturated aliphatic group and the amount of hydrosilyl group having the values shown in Table 1 were mixed at the compounding ratio shown in Table 1 Base polymers 2 to 7 were prepared in the same manner as
(実施例1−1)
ベースポリマー1に対し、熱伝導性フィラーとして、カーボンナノチューブ(商品名:VGCF;昭和電工株式会社製、平均繊維径150nm、平均繊維長8μm)を体積充填率で2.0%となるように添加し、更にアルミナ(商品名:アルナビーズCB−A20S;昭和電工株式会社製、平均粒径21μm)を体積充填率35.0%となるように添加して、十分に混合することでシリコーンゴム組成物1を得た。
Example 1-1
Carbon nanotube (trade name: VGCF; manufactured by Showa Denko KK, average fiber diameter 150 nm,
基材として、内径30mm、幅400mm、厚さ40μmのニッケル電鋳製エンドレススリーブを用意した。尚、一連の製造工程中、エンドレススリーブ(無端状スリーブ)は、その内部に中子を挿入して取り扱った。 A nickel electroformed endless sleeve having an inner diameter of 30 mm, a width of 400 mm and a thickness of 40 μm was prepared as a base material. During the series of manufacturing steps, the endless sleeve (endless sleeve) was handled by inserting the core therein.
まず、基材の外周面に、プライマー(商品名:DY39−051A/B;東レ・ダウコーニング株式会社製)を乾燥重量が30mgとなるように略均一に塗布し、溶媒を乾燥させた後160℃設定の電気炉で30分間の焼付け処理を行った。 First, a primer (trade name: DY39-051A / B; Toray Dow Corning Co., Ltd.) is applied approximately uniformly on the outer peripheral surface of the substrate so that the dry weight is 30 mg, and the solvent is dried 160 Baking treatment was performed for 30 minutes in an electric furnace set at ° C.
このプライマー処理された基材上に、リングコート法で上記シリコーンゴム組成物1を厚さ300μmにて塗布した。得られたエンドレスベルトを200℃に設定した電気炉中で4時間加熱して、シリコーンゴムを硬化させることにより弾性層を得た。
The
このエンドレスベルトの表面を周方向に20mm/secの移動速度で回転させながら、表面から10mmの距離に設置した紫外線ランプを用いて、弾性層に対し紫外線照射を行なった。紫外線ランプには、低圧水銀紫外線ランプ(商品名:GLQ500US/11;東芝ライテック株式会社(旧:ハリソン東芝ライティング株式会社)製)を用い、大気雰囲気中100℃で5分間の照射を行なった。 The elastic layer was irradiated with ultraviolet rays using an ultraviolet lamp installed at a distance of 10 mm from the surface while rotating the surface of the endless belt at a moving speed of 20 mm / sec in the circumferential direction. Irradiation was performed at 100 ° C. for 5 minutes in an air atmosphere using a low-pressure mercury ultraviolet lamp (trade name: GLQ 500 US / 11; manufactured by Toshiba Lighttech Co., Ltd. (old: Harison Toshiba Lighting Co., Ltd.)) as the ultraviolet lamp.
室温まで冷却後、当該エンドレスベルトの、弾性層の表面に、付加硬化型シリコーンゴム接着剤(商品名:SE1819CV A/B;東レ・ダウコーニング株式会社製)を厚さがおよそ20μm程度になるように略均一に塗布した。 After cooling to room temperature, add an addition-curable silicone rubber adhesive (trade name: SE1819 CV A / B; Toray Dow Corning Co., Ltd.) on the surface of the elastic layer of the endless belt to a thickness of about 20 μm. Applied approximately uniformly.
次いで、内径29mm、厚み20μmのフッ素樹脂チューブ(商品名:KURANFLON−LT;倉敷紡績株式会社製)を積層した。その後、フッ素樹脂チューブの上からベルト表面を均一に扱くことにより、過剰の接着剤を弾性層とフッ素樹脂チューブの間から十分に薄くなるように扱き出した。 Subsequently, a fluorine resin tube (trade name: KURANFLON-LT; manufactured by Kurashiki Spinning Co., Ltd.) having an inner diameter of 29 mm and a thickness of 20 μm was laminated. Thereafter, the belt surface was uniformly handled from the top of the fluorocarbon resin tube, and the excess adhesive was scraped out so as to be sufficiently thin from between the elastic layer and the fluorocarbon resin tube.
当該エンドレスベルトを200℃に設定した電気炉にて1時間加熱することで接着剤を硬化させて当該フッ素樹脂チューブ(表層)を弾性層上に固定した。得られたエンドレスベルトの両端部を切断し、幅が341mmの定着ベルト1を得た。
The adhesive was cured by heating the endless belt for 1 hour in an electric furnace set at 200 ° C. to fix the fluororesin tube (surface layer) on the elastic layer. Both ends of the obtained endless belt were cut to obtain a fixing
この定着ベルト1から弾性層を長さ50mm、幅5mm、厚み200μmのサイズで切り出し、動的粘弾性測定装置(商品名:Rheogel−E4000;株式会社UBM製)の引張測定アタッチメントにセットし、振動周波数10Hzで50℃と200℃における弾性率の測定を行った。
An elastic layer is cut out from the fixing
また、先に示した方法で、図2のように定着ベルト1をセットし、基材と弾性層との間のはく離試験を行い、フォースゲージ(商品名:デジタルフォースゲージFGX−5;日本電産シンポ株式会社製)によって、基材と弾性層間の接着強度(はく離強度)の測定と、破断面の観察を行った。それぞれの結果を表3に示す。
Further, the fixing
(実施例1−2〜1−5、比較例1−1〜1−2)
ベースポリマー1をベースポリマー2〜7に変更した以外は、実施例1に係るシリコーンゴム組成物1と同様にしてシリコーンゴム組成物2〜7を調製した。そして、弾性層の形成に、シリコーンゴム組成物2〜7を用いた以外は、実施例1と同様にして定着ベルト2〜7を作製し、実施例1−1と同様にして評価した。
また、引っ張り強さ測定用のダンベル状3号形試験片を、シリコーンゴム組成物2〜7を用いた以外は、実施例1−1と同様にして作製し、引っ張り強さを測定した。
測定結果を表2および表3に示す。
(Examples 1-2 to 1-5, comparative examples 1-1 to 1-2)
Silicone rubber compositions 2 to 7 were prepared in the same manner as the
Further, a dumbbell-shaped No. 3 test piece for measurement of tensile strength was produced in the same manner as Example 1-1 except that silicone rubber compositions 2 to 7 were used, and the tensile strength was measured.
The measurement results are shown in Table 2 and Table 3.
(実施例2−1)
実施例1−1に記載した方法にて、本実施例に係る定着ベルト1を作製した。この定着ベルト1を、カラーレーザープリンタ(商品名:SateraLBP5910;キヤノン株式会社製)の定着装置ユニットに、加圧力32kgfに設定して装着した。
この定着装置ユニットを、上記カラーレーザープリンタに装着した。このカラーレーザープリンタを用いて、後述する電子写真画像の画質安定性試験および耐久試験を行った。
(Example 2-1)
The fixing
The fixing device unit was mounted on the color laser printer. Using this color laser printer, the image quality stability test and the endurance test of the electrophotographic image described later were conducted.
画質安定性試験と耐久性試験の評価方法は以下のとおりである。 The evaluation methods of the image quality stability test and the durability test are as follows.
(画質安定性試験の評価方法)
定着ベルトを装着したカラーレーザープリンタを、温度10℃湿度50%の環境、入力電圧100Vにて、画質安定性評価画像を100枚連続して定着する。紙は、A4サイズの再生紙(商品名:リサイクルペーパー GF−R100;キヤノン株式会社製、厚さ92μm、坪量66g/m2、古紙配合率70%、ベック平滑度23秒(JIS P8119に準拠した方法で計測))を用いる。
画質安定性評価画像とは日本工業規格で定められた「高精細カラーディジタル標準画像(XYZ/SCID)」(JIS X9204:2004)の画像識別番号S6カラーチャートを、紙面中央部付近に配置した画像である。
このとき得られた1枚目の画像と100枚目の画像についてトナーの溶融・混色状態を比較し、色味の変化について5名の被験者による官能評価を実施した。評価結果は下記表4に示す判定基準に従い表示する。
この試験においては、100枚の画質安定性評価画像を連続して定着することによって弾性層に熱が蓄積された定着部材によって定着された100枚目の画質安定性評価画像の品質を、1枚目の画質安定性評価画像の品質と比較する。
弾性層中の架橋構造の発達が十分ではない場合、定着部材の使用に伴って弾性層が加熱されていくにつれて弾性層に熱が蓄積していき、弾性層の弾性率が低下する。その結果、1枚目の画質安定性評価画像と、弾性層の弾性率が低下した定着部材で定着された100枚目の画質安定性評価画像とでは品質が異なってくる。すなわち、本評価は、弾性層の架橋構造の発達の程度が、弾性層の弾性率の温度依存性に与える影響を評価するために行うものである。
(Evaluation method of image quality stability test)
In a color laser printer equipped with a fixing belt, 100 sheets of image quality stability evaluation images are continuously fixed at an environment of a temperature of 10 ° C. and a humidity of 50% and an input voltage of 100 V. Paper is A4 size recycled paper (trade name: Recycled paper GF-R100; Canon Inc., thickness 92 μm, basis weight 66 g / m 2 , waste paper content ratio 70%, Beck smoothness 23 seconds (according to JIS P8119) Using the same method.
An image quality stability evaluation image is an image in which the image identification number S6 color chart of "High-definition color digital standard image (XYZ / SCID)" (JIS X 9204: 2004) specified by Japanese Industrial Standards is placed near the center of the paper. It is.
The fused and mixed state of the toner was compared between the first sheet image and the 100th sheet image obtained at this time, and the sensory evaluation by five subjects was performed on the change in color tone. Evaluation results are displayed according to the determination criteria shown in Table 4 below.
In this test, the quality of the image quality stability evaluation image of the 100th sheet fixed by the fixing member in which heat is accumulated in the elastic layer by continuously fixing the image quality stability evaluation image of 100 sheets, Compare with the quality of the eye quality stability evaluation image.
If the development of the crosslinked structure in the elastic layer is not sufficient, heat is accumulated in the elastic layer as the elastic layer is heated as the fixing member is used, and the elastic modulus of the elastic layer is lowered. As a result, the quality is different between the first image quality stability evaluation image and the 100th image quality stability evaluation image fixed by the fixing member in which the elastic modulus of the elastic layer is lowered. That is, this evaluation is performed to evaluate the influence of the degree of development of the crosslinked structure of the elastic layer on the temperature dependence of the elastic modulus of the elastic layer.
(耐久性試験の評価方法)
画質安定性試験で用いた、定着ベルトを装着したカラーレーザープリンタを用いて、A4サイズの再生紙(画質安定性試験で用いたものと同様の紙)を横送りにて通紙耐久性試験を行う。評価結果は下記表5に示す判定基準に従い表示する。
(Evaluation method of durability test)
Using a color laser printer equipped with a fixing belt, used in the image quality stability test, cross-feeds A4 size recycled paper (paper similar to that used in the image quality stability test) and passes the sheet durability test Do. Evaluation results are displayed in accordance with the determination criteria shown in Table 5 below.
(実施例2−2〜2−5、比較例2−1〜2−2)
実施例1−2〜1−5および比較例1−1〜1−2に記載した方法に従って、実施例2−2〜2−5および比較例2−1〜2−2に係る定着ベルト2〜7を作製した。
これらの定着ベルトを用いた以外は、実施例2−1と同様にして、画質安定性試験および耐久性試験を行った。
(Examples 2-2 to 2-5, comparative examples 2-1 to 2-2)
According to the methods described in Examples 1-2 to 1-5 and Comparative Examples 1-1 to 1-2, the fixing belts 2 to 2 according to Examples 2-2 to 2-5 and Comparative Examples 2-1 to 2-2 7 was produced.
The image quality stability test and the durability test were conducted in the same manner as in Example 2-1 except that these fixing belts were used.
実施例2−1〜2−5、比較例2−1〜2−2の評価結果を下記表6に示す。 The evaluation results of Examples 2-1 to 2-5 and Comparative examples 2-1 to 2-2 are shown in Table 6 below.
以上のように本発明を用いることにより、弾性層中にカーボンナノチューブを含有した定着部材において、画質の安定性を確保しつつも、基材と弾性層との間の接着性が十分に確保された定着部材を提供できるという産業上の利用可能性がある。 As described above, by using the present invention, in the fixing member containing carbon nanotubes in the elastic layer, the adhesiveness between the base material and the elastic layer is sufficiently ensured while securing the stability of the image quality. There is an industrial applicability that can provide a fixing member.
1 定着ベルト
2 定着ローラ
3 基材
4 弾性層
5 表層
11 定着ベルト
12 中子
13 フォースゲージ
14 チャック部
1 Fixing Belt 2
Claims (15)
該弾性層は、カーボンナノチューブを更に含み、
該弾性層の50℃での弾性率をE50と該弾性層の200℃での弾性率をE200としたとき、E200/E50が、0.5以上1.0未満であり、
該弾性層と該基材との、はく離接着強さが、3.0N/cm以上20.0N/cm以下であり、且つ、
該弾性層は、該基材からのはく離試験において凝集破壊するものであることを特徴とする定着部材。 A fixing member for electrophotography comprising a substrate, an elastic layer comprising a cured silicone rubber provided on the substrate, and a surface layer,
The elastic layer further comprises carbon nanotubes,
When the elastic modulus at 50 ° C. of the elastic layer is E50 and the elastic modulus at 200 ° C. of the elastic layer is E200, E200 / E50 is 0.5 or more and less than 1.0,
The peel adhesion strength between the elastic layer and the base material is 3.0 N / cm or more and 20.0 N / cm or less, and
A fixing member characterized in that the elastic layer is cohesively broken in a peeling test from the substrate.
前記弾性層の厚みが、100μm以上500μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の定着部材。 The fixing member is a fixing belt having a belt shape, and
The fixing member according to claim 1, wherein a thickness of the elastic layer is 100 μm or more and 500 μm or less.
前記弾性層の厚みが、300μm以上10mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の定着部材。 The fixing member is a fixing roller having a roller shape, and
The fixing member according to claim 1, wherein a thickness of the elastic layer is 300 μm or more and 10 mm or less.
該付加硬化型シリコーン混合物が、
ケイ素原子に結合した不飽和脂肪族基を側鎖に有する第1のシリコーン化合物と、
ケイ素原子に結合した水素原子を有する第2のシリコーン化合物と、
ケイ素原子に結合した不飽和脂肪族基を末端に有する第3のシリコーン化合物と、
カーボンナノチューブと、を含むことを特徴とする請求項1に記載の定着部材。 The elastic layer is formed by curing an addition-curable silicone mixture formed on the substrate,
The addition-curable silicone mixture is
A first silicone compound having in the side chain an unsaturated aliphatic group bonded to a silicon atom,
A second silicone compound having a hydrogen atom bonded to a silicon atom,
A third silicone compound terminated with an unsaturated aliphatic group bonded to a silicon atom,
The fixing member according to claim 1, comprising carbon nanotubes.
基材上に形成した付加硬化型シリコーン混合物の層を硬化させる工程を有し、
該付加硬化型シリコーン混合物が、
ケイ素原子に結合した不飽和脂肪族基を側鎖に有する第1のシリコーン化合物と、
ケイ素原子に結合した水素原子を有する第2のシリコーン化合物と、
ケイ素原子に結合した不飽和脂肪族基を末端に有する第3のシリコーン化合物と、
カーボンナノチューブと、を含むものであることを特徴とする定着部材の製造方法。 A method of manufacturing the fixing member according to claim 1, wherein
Curing the layer of the addition-curable silicone mixture formed on the substrate,
The addition-curable silicone mixture is
A first silicone compound having in the side chain an unsaturated aliphatic group bonded to a silicon atom,
A second silicone compound having a hydrogen atom bonded to a silicon atom,
A third silicone compound terminated with an unsaturated aliphatic group bonded to a silicon atom,
A method of manufacturing a fixing member, comprising: carbon nanotubes.
請求項1に記載の定着部材と、
該定着部材に対向して配置され、該定着部材と定着ニップを形成する加圧部材と、を具備していることを特徴とする定着装置。 A fixing device for fixing an unfixed toner image formed on a recording medium onto the recording medium, comprising:
A fixing member according to claim 1;
A fixing device comprising: a fixing member disposed opposite to the fixing member and forming a fixing nip with the fixing member.
該電子写真感光体の表面を帯電させる帯電装置、
該電子写真感光体に静電潜像を形成する露光手段、
中間転写体、および
請求項14に記載の定着装置を具備していることを特徴とする電子写真画像形成装置。 Electrophotographic photoreceptor,
A charging device for charging the surface of the electrophotographic photosensitive member,
An exposure unit for forming an electrostatic latent image on the electrophotographic photosensitive member;
An electrophotographic image forming apparatus comprising: an intermediate transfer member; and the fixing device according to claim 14.
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